Применение инструментальных материалов для обработки деталей горных машин.

Инструментальными называют материалы идущие на изготовление различных инструментов.

По виду материала различают инструментальные материалы:

1) инструментальные стали;

2) металлокерамические твёрдые сплавы;

3) минералокерамические сплавы;

4) сверхтвёрдые материалы, алмазы.

По назначению инструментальные материалы подразделяют на:

а) материалы для режущего инструмента;

б) материалы для измерительного инструмента;

в) материалы для деформирующего инструмента (штампов).

Для обработки деталей горных машин использует все перечисленные группы инструментальных материалов.

Среди инструментальных сталей выделяют, стали, идущие на изготовление лезвийного режущего инструмента:

– углеродистые стали низкой прокаливаемости и низкой теплостойкости, (t_раб = 180 – 200 °С при твёрдости режущей кромки HRC 56 – 62) используемые для изготовления ручного слесарного инструмента. Это стали марок У8 – У13 (содержащие от 0,8% С до 1,3 % С). Допустимая скорость резания при работе этими инструментами V_рез = 8 – 10 м/мин.

Для изготовления плашек, развёрток, мелкоразмерных свёрл и ручного слесарного инструмента используют низколегированные инструментальные стали типа ХВГ (по 1 % углерода, хрома, вольфрама, марганца), 9ХС (содержит 0,9 % углерода, 1 % хрома, 1 % кремния), Х (содержит 1 % углерода, 1 % хрома), ХВСГ (содержит по 1 % углерода, хрома, вольфрама, кремния, марганца) так же обладающие низкой теплостойкостью и невысокой прокаливаемостью (t_раб = до 230 °С). Допустимая скорость резания 10 – 15 м/мин.

Основной режущий инструмент, применяемый для обработки деталей горных машин на токарных, сверлильных, фрезерных и других металлообрабатывающих станках изготавливают из быстрорежущих станков, которые подразделяют на:

– быстрорежущие стали нормальной производительности и умеренной теплостойкости (t_раб = 620 °С при сохранении твёрдости режущей кромки HRC 62 – 65) марок Р18 (содержит 18% вольфрама), Р6М5 (содержит 6% вольфрама и 5% молибдена), Р9 (содержит 9% вольфрама). Допустимая скорость резания 30 – 50 м/мин. Предназначены для обработки сталей, чугунов, цветных металлов с твёрдостью HB 200 – 280.

– быстрорежущие стали повышенной теплостойкости и повышенной производительности (t_раб = 630 – 650 °С при сохранении твёрдости режущей кромки HRC 67 – 70) марок Р6М5К5 (содержит 6% вольфрама, 5% молибдена, 5% кобальта), Р9К9 (содержит 9% вольфрама, 9% кобальта). Допускаемая скорость резания 40 – 80 м/мин. Предназначены для обработки титановых сплавов и сталей с твёрдостью HB 300 – 320.

Для лезвийной обработки деталей горных машин используют металлокерамические твёрдые сплавы – твёрдые сплавы, полученные спеканием порошков карбидов тугоплавких металлов с порошком талла-связки. Данные материалы подразделяют на вольфрамовые и безвольфрамовые.

Вольфрамовые металлокерамические твердые сплавы по природе твёрдых частиц карбидов подразделяют на три группы:

1) однокарбидные – группа ВК. Основу сплава составляет карбид вольфрама с кобальтовой связкой. Рабочая температура до 900°С. Максимальная скорость резания 500 – 600 м/мин. Данные сплавы применяют для обработки резанием хрупких материалов, например, чугунов, бронзы, стеклопластиков. Маркируют сплавы: ВК8 (основа карбид вольфрама и 8% кобальта); ВК6В (содержит 6% металла-связки кобальта и 94% карбида вольфрама, В - крупнозернистый, т.е. диаметр частичек карбида вольфрама составляет 3 – 5 мкм); ВК6М – то же, но мелкозернистый (М) диаметр частичек – 0,1 – 0,15 мкм; ВК6ОМ – то же, но особо мелкозернистый (диаметр частичек менее 0,1 мкм); ВК6ОК – то же, но особо крупнозернистый (диаметр частичек более 5 мкм). Если в сплаве мало кобальта, например, ВКЗ или ВК4, то такой инструмент используют на чистовых операциях резания, а если кобальта много – ВК8 – то на черновых.

2) двухкарбидные – группа ТК. Основу сплава составляют карбид вольфрама с добавкой карбидов титана, с кобальтовой связкой. Рабочая температура – до 1000°С. Предназначены для обработки пластичных материалов: сталей, латуней. Маркируют: Т6К5 (содержит 6% карбида титана, 5% кобальта, остальное – карбид вольфрама); Т15К6 (содержит 15% карбида титана, 6% кобальта, остальное – карбид вольфрама).

3) трехкарбидные – группа ТТК. Основа сплава – карбид вольфрама с добавками карбидов титана и тантала, связка–кобальт. Обладают теплостойкостью до 1050 – 1100°С. Предназначены для обработки сталей аустенитного класса, жаропрочных материалов с толчками и ударами, т.е. в тяжелых условиях резания. Марки ТТ7К12 (содержат 7% в сумме карбидов титана и тантала, 12% кобальта и остальное – карбид вольфрама); ТТ10К8 (содержит 10% в сумме карбидов титана и тантала, основа карбид вольфрам, 8% кобальта).

Безфольфрамовые твёрдые сплавы применяют для обработки материалов с твёрдостью HB 240, т.к. обладают теплостойкостью 750 – 850°С. Широкого применения не нашли. Марки: ТН20 (содержит 20% металлов-связи никеля совместно с молибденом, остальные – карбид титана); КНТ16 (содержит 16% совместно никеля и молибдена и остальное карбонитрид титана).

Для получистовой и чистовой обработки используют минералокирамику:

– белую оксидную, называемую микролитом (марка ЦМ-332) основной служит спеченная окись алюминия (глинозем). Обладает высокой теплостойкостью – до 1200°С. Используют для чистого и получистого точения серых чугунов, конструкционных не термообработанных сталей. Максимальная скорость резания 900 – 1000 м/мин., но рекомендуют резать со скоростью 400 – 700 м/мин.

− черную оксидно-карбидную марок ВОК60, ВЗ. Основа такой минералокерамики Окись алюминия с карбидом титана. Применяют для обработки отбеленных чугунов, закаленных сталей, т.е. материалов, имеющих твёрдость HB 300 – 650. Недостатком тех и других разновидностей минералокерамики является ее высокая хрупкость. Для уменьшения хрупкости в минералокерамику вводят в количестве 5 – 40% присадки металлов (вольфрама, молибдена, титана, никеля, бора) и получают материалы, называемые КЕРМЕТАМИ. Их рабочая температура до 950°С, но с ударами и толчками. Применяют керметы для обработки закаленных сталей и ковких чугунов, обладающих твердостью HRC 330 – 555.

Сверхтвердыми материалами оснащают режущий инструмент, используемый при обработке деталей горных машин. К таким материалам относятся алмазы естественные (А1 – А8) и синтетические, т.е. искусственно полученные (АС50, АС125 Т). Их используют для чистого точения сплавов цветных металлов, кроме сталей. Теплостойкость алмаза 700 – 800°С. Скорость резания при чистовой обработке 5 – 10 м/с (до 1200 м/мин.).

Для чистого точения закаленных сталей, имеющих HRC 55 – 62 и выше, а также для обработки чугунов используют искусственно полученный материал на основе кубического нитрида бора КНВ:

– композит 01 «Эльбор» (теплостойкость до 1400°С . предназначен для работ без ударов);

− композит 09 «ПТНБ» – то же, но для работы с ударами.

Для шлифования используют абразивные материалы.

Инструментальные материалы

Материал инструмента	Твёрдость инструмента	tраб, °C	Твёрдость обрабатываемого материала	Скорость резания, м/мин
ХВГ, ХВСГ, 9ХС	(После отжига HB 241-255), после ТО HRC 66-67,5	250-260		10-15
Р6М5	(HB 255-269), HRC 62-65	620	HB 200-280: стали, чугуны, цветной метал	30-50
Р6М5К5	HRC 67-70	630-650	Ti - сплав	40-80
ВК	HRA 87-92	900	Хрупкие со стружкой надлома: чугуны, бронзы, пластмассы	500-600
ТК	HRA 88-92	1000		230-260
ТТК	HRA 92-95	1050-1100	Корозионо-стойкие, жаропрочные, Ti - сплав
Белая оксидная УМ332	HRA 91-93	1200	Чугун, стали	900-1000
Чёрная керамика ВОК60	HRA 94	1400	Закаленные стали, чугун HB 300-650	500-700
Алмазы АС	Hμ 86000-100000 МПа	600-700	Чистовая обработка, чветные сплавы	До 1200
Эльбор	Hμ 80000-100000 МПа	1400-1600	Чистовая обработка	7-12 м/с

83.